Устаревшая ед частотного интервала. Названа в честь франц физика Ф. Савара (F. Savart). 1 С
Вид материала | Документы |
- Синдром удлинённого интервала qt и проблемы безопасности психофармакотерапии, 109.2kb.
- Товариство з обмеженою, 119.57kb.
- Н. Г. Чернышевского кафедра теоретической и математической физики рабочая программа, 152.3kb.
- Программа по физике для 10-11 классов общеобразовательных, 75.87kb.
- Татьяна Евгеньевна Зыкова. Сюных лет ему была интересна литература, 95.59kb.
- Электронная газета в рамках «Дня науки», посвященного Году российской космонавтики, 85.16kb.
- Лекция Логические основы компьютеров , 369.25kb.
- Игра ) Имя известного ученого, в честь которого названа самая популярная программа, 21.91kb.
- Физика биологических систем, 39.45kb.
- Динамика культурных процессов в современной России, 39.45kb.
^ В. Е. Карташевская.
СВЕТОДАЛЬНОМЕР (дальномер оптический), прибор для измерения расстояний по времени прохождения оптическим излучением (светом) измеряемого расстояния. С. содержит источник оптич. излучения, устройство управления его параметрами, передающую и приёмную системы, фотоприёмное устройство и устройство измерения временных интервалов. С. делятся на импульсные и фазовые в зависимости от методов определения времени прохождения излучением расстояния от объекта и обратно (см. Светодальнометрия).
В импульсном С. источником излучения чаще всего является лазер, излучение к-рого формируется в виде коротких импульсов. Для измерения медленно меняющихся расстоянии используют одиночные импульсы, при быстро изменяющихся расстояниях применяется импульсный режим излучения. Твердотельные лазеры допускают частоту следования импульсов излучения до 50—100 Гц, полупроводниковые — до 104—105 Гц. Формирование коротких импульсов излучения в твердотельных лазерах осуществляется механич., электрооптич. или акустооптич. затворами или их комбинациями (см. Оптический затвор). Инжекционные лазеры управляются током инжекции.
В фазовых С. в качестве источников света применяются накальные или газосветные лампы, светодиоды и почти все виды лазеров. С. со светодиодами обеспечивают дальность действия до 2—5 км, с газовыми лазерами при работе с оптич. отражателями на объекте — до 100 км, а при диффузном отражении от объектов — до 0,8 км; аналогично, С. с полупроводниковыми лазерами обеспечивает дальность действия 15 и 0,3 км. В фазовых С. излучение модулируется интерференционными, акустооптич. и злектрооптич. модуляторами (см. Модуляция света). В СВЧ фазовых С. преим. применяются электрооптич. модуляторы на резонаторных и волноводных СВЧ структурах.
В импульсных С. обычно в качестве фотоприёмного устройства применяются фотодиоды, в фазовых С. фотоприём осуществляется на фотоэлектронные умножители. Чувствительность фотоприёмного тракта С. может быть увеличена на неск. порядков применением оптич. гетеродинирования. Дальность действия такого С. ограничивается длиной когерентности (см. Когерентность) передающего лазера, при этом возможна регистрация перемещений и колебаний объектов до 0,2 км.
Измерение временных интервалов чаще всего осуществляется счётно-импульсным методом.
^ Ю. В. Попов.
СВЕТОДАЛЬНОМЕТРИЯ, измерение расстояний по времени распространения оптического излучения (света) от точки, в к-рой расположен источник излучения, до объекта, отражающего или рассеивающего это излучение. При этом измеряемое расстояние D =(v/2), где v — скорость распространения света в среде, а — время прохождения им двойного измеряемого расстояния.
Величина может измеряться и м п у л ь с н ы м или ф а з о в ы м методом. В первом случае излучение посылается короткими импульсами и измеряется интервал между фронтами или энергетич. максимумами излучённого и отражённого импульсов. Во втором случае непрерывное излучение модулируется с высокой частотой f и значение определяется по запаздыванию фазы принимаемого отражённого излучения по отношению к фазе
испускаемого: D=(v/4f). При этом однозначный результат получается лишь при измерении расстояний, дающих сдвиг фазы <2. Для однозначного определения больших расстояний измерения производятся последовательно на неск. разл. частотах модуляции.
Существенным для С. явл. значение скорости распространения оптич. излучения вдоль измеряемого расстояния, определяемой показателем преломления. Последний изменяется с темп-рой (ок. 10-6 на 1 К), давлением и влажностью и зависит от длины волны излучения. Определить его ср. значение в момент измерения позволяет последоват. измерение расстояния на неск. длинах волн излучения (т. н. р е ф р а к т о м е т р и ч е с к а я С.).
Идея С. была высказана А. Майкельсоном (США), первый светодальномер был реализован А. А. Лебедевым в 1936, большое развитие С. получила после разработки лазеров. Импульсная лазерная С. обеспечивает при длительности импульсов излучения 20—100 нс ошибку измерения 5—10 м. Применение систем с накоплением сигнала даёт ошибку менее 1 м. При энергии излучения в импульсе ок. 0,3 Дж достигается дальность действия по протяжённым объектам до 20 км.
Лазерная импульсная С. применяется для измерения высоты облаков, для измерения высот полёта летательных аппаратов при аэрофотосъёмке, для точного определения орбиты ИСЗ, снабжённого уголковым отражателем, что важно для геодезич. целей, и т. д.
Фазовая С. находит применение в основном в топографо-геодезич. работах, инженерных изысканиях, машиностроении, гляциологии, гидротехнике (СВЧ светодальномеры, позволяющие при частоте модуляции выше 108 Гц снизить инструментальную ошибку до 0,2—0,5 мм).
Дифференцирование данных о расстоянии до объекта как в фазовой, так и в импульсной С. позволяет получить значение радиальной скорости его перемещения (светодальномерные системы стыковки в космосе). Определяя пространств. распределение расстояний до отражающих поверхностей, получают данные о профиле этих поверхностей (светодальномерная профилометрия). Последняя используется для определения профиля антенн радиотелескопов, корпусов судов, при изучении подвижек льда и т. д. Светодальномерный профилометр применим для автономного ориентирования планетоходов.
• В а ф и а д и В. Г., П о п о в Ю. В., Скорость света и ее значение в науке и технике, Минск, 1970; Прилепин М. Т., Голубев А. Н., Оптические квантовые генераторы в геодезических измерениях, М., 1972.
^ Ю. В. Попов.
669
СВЕТОДИОД (светоизлучающий диод), полупроводниковый прибор, преобразующий электрич. энергию в энергию оптич. излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции, происходящей в ПП кристалле с электронно-дырочным переходом или гетеропереходом либо контактом металл — полупроводник. В С. при протекании в нём пост. или перем. тока в область полупроводника, прилегающую к такому переходу (контакту), инжектируются избыточные носители тока — эл-ны и дырки; их рекомбинация сопровождается оптич. излучением. С. испускают некогерентное излучение с узким спектром. Длина волны излучения зависит от ПП материала и его легирования. Яркость излучения большинства С. находится на уровне 103—105 кд/м2. Кпд С. видимого излучения составляет от 0,01% до неск. процентов. В С. ИК излучения с целью понижения потерь на полное внутр.. отражение и поглощение в теле кристалла для последнего выбирают полусферич. форму, а для улучшения хар-к направленности излучения С. помещают в параболич. или конич. отражатель. Кпд С. с полусферич. формой кристалла достигает 40 %.
Пром-сть выпускает дискретные и интегральные (многоэлемеитные) С. Дискретные С. видимого излучения используют в качестве сигнальных индикаторов; интегральные С.— цифро-знаковые индикаторы, многоцветные панели -применяют в разл. системах отображения информации. С. ИК излучения находят применение в устройствах оптической локации, оптической связи, в с ветодальномерах и т. д. В ряде областей применения С. конкурирует с родственным ему прибором — инжекционным лазером (см. Полупроводниковый лазер), к-рый в отличие от С. генерирует когерентное излучение.
• Б е р г А., Д и н П., Светодиоды, пер. с англ., М., 1979.
^ П. Г. Елисеев.
СВЕТОЛОКАЦИЯ, см. Оптическая локация.
СВЕТОПРОВОД, то же, что световод.
СВЕТОСИЛА, величина, позволяющая сравнивать освещённости в плоскостях изображений разл. оптич. систем. Без учёта потерь световой энергии на поглощение и отражение в оптич. системе т. н. геометрическая С. есть квадрат относительного отверстия системы, т. е. (D/f)2, где D -диаметр входного зрачка системы (см. Диафрагма в оптике), f — её фокусное расстояние. Умножение геом. С. на коэфф, , характеризующий потери, даёт физическую (или эффективную) С. Её повышают, уменьшая потери света с помощью просветления оптики. В плоскости изображения осесимметричной оптич.
системы освещённость ^ Е есть отношение светового потока, прошедшего систему, к площади изображения и выражается формулой: Е=Bsin2u', где В — яркость объекта, u' — угловая апертура пространства изображении. Для достаточно (практически бесконечно) удалённых объектов плоскость их изображений совпадает с фокальной плоскостью (см. Фокус в оптике). В этом случае si'=D/2f, и для расчёта освещённости и, следовательно, С. получают соотношение
Е=(/4)B(D/f)2.
Л. Н. Капорский.
СВЕТОФИЛЬТР, устройство, меняющее спектральный состав и энергию падающего на него оптического излучения. Осн. хар-ка С.— спектральная зависимость его пропускания коэффициента (или оптич. плотности D =-Ig) от частоты (длины волны ) излучения. Селективные С. предназначены для отрезания (поглощения) или выделения к.-л. участка спектра. В сочетании с приёмниками оптического излучения эти С. изменяют спектральную чувствительность
приёмников. Нейтральные С. равномерно ослабляют поток излучения в определённой области спектра. Действие С. может быть основано на любом оптич. явлении, обладающем спектральной избирательностью,— на поглощении света (абсорбционные С.), интерференции света (интерференционные С.), отражении света (отражательные С.), дисперсии света (дисперсионные С.) и пр.
Наиболее распространены стеклянные абсорбционные С., к-рые отличаются постоянством спектральных хар-к, устойчивостью к воздействию света и темп-ры, высокой оптич. однородностью. Пром-стью выпускается более 100 марок цветных стёкол для С. На рис. 1 приведены спектральные кривые пропускания нек-рых из них. Используя одно, два, а иногда и три стекла и меняя их толщину, можно получать С. с разнообразными спектральными св-вами. Абсорбционные С. из окрашенной желатины и др. органич. материалов применяются реже вследствие низких механич. прочности и термич. устойчивости, а также довольно быстрого выцветания. Положит. качества таких С.— большое разнообразие спектральных хар-к и простота изготовления. Жидкостные абсорбционные С. используют сравнительно редко. К их достоинствам относится возможность изготовления в лабораторных условиях и плавное изменение хар-к С. при изменении концентраций компонентов раствора. В нек-рых случаях, напр. для выделения УФ области спектра, применяют газовые абсорбционные С. Полупроводниковые С. иногда используют в ИФ области спектра, где они обладают резкими границами пропускания.

^ Рис. 1. Спектральные кривые пропускания нек-рых стеклянных абсорбционных светофильтров толщиной 3 мм.
Отражающие селективные и нейтральные С. изготовляют нанесением металлич. плёнок на кварцевую или стеклянную подложку. Селективные отражающие С. с разл. кривыми отражения получают также, комбинируя слои разной толщины в многослойных диэлектрич. зеркалах (см. Оптика тонких слоев).
Интерференционные С. (рис. 2) состоят из двух полупрозрачных зеркал (напр., слоев серебра) и помещённого между ними слоя диэлектрика оптич. толщины /2, , 3/2 ( — длина волны в максимуме пропускания). В проходящем свете

^ Рис. 2. Схема интерференционного светофильтра.
интерферируют лучи, непосредственно прошедшие через С. и отражённые чётное число раз от полупрозрачных слоев, в отражённом свете интерферируют лучи, отражённые 1, 3, 5 и более раз. В результате в проходящем свете остаются лучи с длиной волны, равной удвоенной толщине слоя диэлектрика, а в отражённом свете эти лучи отсутствуют. Кривые пропускания таких С. показаны на рис. 3. Интерференционные С. выделяют узкие области спектра (до 1,5—2 нм) с меньшими потерями света, чем абсорбционные. Их недостаток — наличие значительного фона вне полое пропускания и зависимость положения этих полос от угла падения лучей света. Интерференционно-
670

^ Рис. 3. Кривые пропускания интерференционных светофильтров: R — коэфф. отражения серебряных слоев.
поляризационные С., в к-рых используется явление интерференции поляризованных лучей, могут выделять сверхузкие спектральные области (до 10-2 нм) при полном отсутствии фона. Однако такие С. применяют редко (гл. обр. в астрофиз. исследованиях), т. к. они представляют собой сложные оптич. системы, очень чувствительные к темп-ре и другим внеш. влияниям.
В дисперсионных С. максимум пропускания (минимум отражения) приходится на ту длину волны 0, для к-рой равны преломления показатели n1 и n2 двух сред. Чем больше спектральное удаление от 0, тем больше отличаются n1 от n2 и тем меньше пропускание (см. Френеля формулы). Выделение спектрального интервала более эффективно, если в-во с n2 (погружённое в среду с n1) размельчить. Обычно дисперсионные С. изготовляют из порошков бесцветных стёкол, залитых органич. жидкостями. Изменяя n1, изменяют 0. То же происходит при изменении темп-ры. Высокая температурная чувствительность приводит к необходимости термостатирования дисперсионных С., что ограничивает их использование.
С. служат для выделения или устранения определённой спектральной области в науч. исследованиях, в фотометрии, спектрофотометрии, колориметрии; сочетаются почти со всеми оптич. приборами и спектральными приборами. В фотографич. и кинематографич. практике их применяют для уменьшения рассеяния дымкой, улучшения цветопередачи и передачи светотени, съёмки в ИК лучах. В светотехнике они употребляются для сигнализации, цветного освещения и т. п. С. необходимы для предотвращения нежелательного нагреват. действия ИК излучения, фотохим. и иных действий УФ излучения.
• Зайдель А. Н., Островская Г. В., Островский Ю. И., Техника и практика спектроскопии, М., 1972; Каталог цветного стекла, М., 1967; Оптические материалы для инфракрасной техники, М., 1965; Крылова Т.Н., Альбом спектральных кривых коэффициента отражения тонких непоглощающих слоев на поверхности стекла, Л., 1956.
^ Т. И. Вейнберг.
СВЕЧА, старое название ед. силы света СИ, совр. название кандела.
СВИСТКИ, газоструйные излучатели, преобразующие кинетич. энергию струи в энергию акустич. колебаний. В отличие от сирен, в С. нет движущихся деталей, поэтому они более
просты по конструкции и удобны в эксплуатации. По типу рабочего тела и среды, для к-рой они предназначены, С. подразделяются на газовые и жидкостные.
Наиболее распространены три типа газовых С. — вихревые, ^ Гальтона свистки и неск. разновидностей «губных» С. (напр., свисток Левавассёра). Вихревой С. представляет собой цилиндрич. камеру 2 (рис. 1), в к-рую газ подаётся через тангенциально расположенную трубку 1. Образовавшийся в камере вихревой поток поступает в находящуюся на оси выходную трубку 3 меньшего диаметра, где интенсивность вихря резко возрастает и благодаря этому давление в его ядре становится значительно ниже атмосферного; перепад давлений периодически выравнивается в результате

Рис. 1. Схема вихревого свистка.

Рис. 2. Схема губного свистка.
проскока газа из атмосферы в выходную трубку и нарушения структуры вихря. Мощность вихревых С. в УЗ диапазоне (до 30 кГц) обычно неск. Вт. Вихревые С. используются в газовых горелках для распыления топлива в форсунках или для обработки суспензий. Жидкостные вихревые С., выполненные по принципу газовых, применяются для получения эмульсий.
Губной С. (рис. 2) состоит из щелевого сопла ^ 1 и резонансной камеры 2 (чаще всего цилиндрич. типа). Воздух, подаваемый в сопло, разбивается острым краем 3 резонатора на два потока: один выходит в окружающую среду, другой попадает в камеру, повышая в ней давление. Через определённые промежутки времени, зависящие от размеров камеры, второй поток прерывает осн. струю, вследствие чего возникают периодич. сжатия и разрежения воздуха, распространяющиеся в виде акустич. волн. Обычно губные С. работают при давлениях воздуха, не превышающих 0,4 кг/см2, с акустич. мощностью порядка 1 Вт. Существуют конструкции, позволяющие получить мощность до неск. кВт.
Из жидкостных С. наибольшее распространение получили пластинчатый и стержневой типы (подробнее см. ^ Гидродинамический излучатель).
• Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Ультразвук, М., 1979 (Маленькая энциклопедия).
Ю. Я. Борисов.
^ СВИСТЯЩИЕ АТМОСФЕРИКИ, импульсные сигналы, генерируемые в земной атмосфере при разряде молний. С. а. имеют широкий частотный спектр с максимумом в области частот ~1—10 кГц. Генерируемые у поверхности Земли радиоволны такой частоты распространяются вдоль силовых линий магн. поля Земли, проникают через ионосферу и достигают снова поверхности Земли в магнитосопряжённой точке. Скорость распространения радиоволн при этом пропорц. (см. Дисперсия волн). Поэтому широкополосный приёмник, находящийся на большом расстоянии от источника сигналов, фиксирует сначала высокочастотные компоненты спектра сигнала, затем — более низкие. Наблюдатель воспринимает эти сигналы на слух как характерные «свисты» с постепенно понижающейся частотой.
^ СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ, одно из названий изохорно-изотермического термодинамич. потенциала или Гельмеольца энергии. С. э. (А или F) определяется как разность между внутренней энергией термодинамич. системы (U) и произведением её энтропии (S) на темп-ру (Т): F=U-TS. Величину TS, вычитаемую при нахождении С. э. из значения внутр. энергии, иногда наз. связанной энергией.
^ СВОБОДНАЯ ЭНТАЛЬПИЯ, см. Гиббса энергия.
СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ (собственные колебания), колебания в механич., электрич. или к.-л. др. системе, совершающиеся при отсутствии внеш. воздействия за счёт первоначально внесённой энергии (потенциальной или кинетической, напр. в механич. системах через нач. смещения или нач. скорости). В реальных системах вследствие рассеяния энергии С. к. всегда затухающие. В линейных системах С. к. представляют собой суперпозицию нормальных колебаний. Подробнее см. Колебания.
^ СВЯЗАННОЕ СОСТОЯНИЕ, состояние системы ч-ц, при к-ром их относит. движение происходит в ограниченной области пр-ва (явл. финитным) в течение длит. времени по сравнению с характерными для данной системы периодами. Природа изобилует С. с.: от звёздных скоплений и макроскопич. тел до микрообъектов — молекул, атомов, ат. ядер. Многие т. н. элем. ч-цы (адроны), по-видимому, являются С. с. более фундам. ч-ц материи — кварков.
Для образования С. с. необходимо наличие сил притяжения, по крайней мере между частью ч-ц системы на нек-рых расстояниях между ними. Для стабильных С. с. масса системы меньше суммы масс составляющих её ч-ц; разность m между ними определяет энергию связи системы: ξсв=mc2.
В класс и ческой механике С. с. описываются финитными ре-
671
шениями ур-ний движения системы, когда траектории всех её ч-ц сосредоточены в ограниченной области пр-ва. Пример — задача Кеплера о движении ч-цы (или планеты) в поле тяготения. В классич. механике система из двух притягивающихся ч-ц всегда может образовать С. с. Если область расстояний, на к-рых ч-цы

^ Пример зависимости потенц. энергии U от расстояния r между ч-цами, иллюстрирующий существование областей стабильных и квазистабильных связанных состояний.
Стабильные связанные состояния лежат в области энергий ξ<0 (меньших значения V при г); им соответствуют дискр. уровни энергии. При ξ>0 стабильных связанных состояний не существует, однако в области 0<ξб, где Uб—высота потенц. барьера, при нек-рых значениях ξ могут существовать квазистабильные связанные состояния, время жизни к-рых определяется вероятностью туннельного перехода через потенц. барьер и может быть (особенно для ч-ц большой массы) весьма велико. Для макроскопич. тел (движение к-рых описывается законами классич. механики) стабильные связанные состояния могут иметь любую энергию в области U0<ξб.
притягиваются, отделена энергетич. потенциальным барьером от области, в к-рой они отталкиваются (рис.), то ч-цы также могут образовывать стабильные С. с.
В квантовой механике, в отличие от классической, для образования С. с. ч-ц необходимо, чтобы потенц. энергия притяжения и радиус действия сил были достаточно велики (см. Потенциальная яма, Нулевая энергия). Кроме того, в потенц. яме типа изображённой на рис. из-за возможности вылета ч-ц из области притяжения вследствие туннельного эффекта не образуется стабильных С. с., если энергия ч-цы больше потенц. энергии на бесконечности. Однако если вероятность туннельного перехода мала (в классич. пределе она равна нулю), то ч-ца в такой потенц. яме может находиться достаточно длит. время (по сравнению с периодами движения в яме). Поэтому наряду со стабильными С. с. существуют нестабильные (мета- или квазистабильные) С. с., к-рые с течением времени распадаются. Напр., нестабильными С.с. по отношению к -распаду или (и) делению явл. ядра нек-рых тяжёлых элементов.
В крайне релятив. случае, когда энергия связи системы сравнима с энергией покоя её ч-ц, решение проблемы С. с. требует привлечения квант. теории поля (КТП). Точного решения такой задачи в совр. КТП не существует; нек-рые из развиваемых приближённых методов позволяют одинаковым образом рассматривать как стабильные, так и нестабильные адроны, включая резонансы.
^ В. Я. Файнберг.
0>